帶你全面了解異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
異形柱結(jié)構(gòu)體系是指采用輕質(zhì)填充墻及隔墻的現(xiàn)澆鋼筋混凝土異形柱框架及異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,。柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子,。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻,，常用的有“L”型、“T”型,、“十”字型,。
01、異形柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1,、由于截面的這種特殊性,，使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)比相差較大，導(dǎo)致各向剛度不一致,，其各向承載能力也有較大差異,；
2、對(duì)于長(zhǎng)柱（H/h>4）可以不考慮剪切變形的影響,，控制軸壓比較小時(shí),，受力明確，變形能力較好,。而對(duì)短柱（H/h<4），剪切變形占有相當(dāng)比例,，構(gòu)件變形能力下降,。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁構(gòu)件,，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞,，也因截面曲率M/EI或εcu/χ(εcu為砼的極限壓應(yīng)變，χ為截面受壓區(qū)高度)較小,，使彎曲變形性能有限,，延性較差；
3,、異形柱由于是多肢的,，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力,，這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力,，而該剪應(yīng)力的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫,，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài),，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯,；
4,、特別是異形柱不同于矩形柱,，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差,。由國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)資料和理論分析［2］,，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞,、壓剪破壞等,，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比,、柱凈高與截面肢長(zhǎng)比（剪跨比）,，配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜,，設(shè)計(jì)中必須通過(guò)可靠的計(jì)算和必要的構(gòu)造措施來(lái)保證其強(qiáng)度和延性,。
02、異形柱結(jié)構(gòu)適用條件
1,、居住建筑（住宅及宿舍）,；
2、抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g,，I,、II、III類場(chǎng)地）,；
3,、柱網(wǎng)尺寸不宜大于6.6m；
4,、房屋總高度的限制,。
03、異形柱結(jié)構(gòu)的平面布置
1,、在異形柱結(jié)構(gòu)的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi),，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則,，剛度和承載力分布均勻,。
2、結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的不利影響,。在考慮偶然偏心影響的地震作用下,，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移分別不宜大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.4倍,。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比不應(yīng)大于0.85,。
3、異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,。
4,、異形柱結(jié)構(gòu)的框架縱橫柱網(wǎng)軸線宜對(duì)齊拉通,；異形柱肢截面厚度中線與梁及剪力墻中線宜對(duì)齊重合。
5,、異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于單跨框架結(jié)構(gòu),。
04、異形柱結(jié)構(gòu)的豎向布置
1,、結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通,。
2、異形柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻分布,，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的75%,，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。
3,、樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%,不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的70%,。
4、異形柱框架不應(yīng)采用樓層錯(cuò)層的設(shè)計(jì)方案,。
5,、異形柱不宜在樓層半層處單面設(shè)置挑梁。
05,、異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列原則考慮地震作用
1,、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)正交布置時(shí)，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用,。
2,、有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15度時(shí),，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。
3,、質(zhì)量與剛度明顯不對(duì)稱,、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響,；其他情況,，應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響。
06,、應(yīng)根據(jù)不同情況,，分別采用下列地震作用計(jì)算方法
1、異形柱結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法,，當(dāng)質(zhì)量和剛度不對(duì)稱,、不均勻時(shí)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。
2,、高度不超過(guò)40m,，以剪切變形為豬,，且質(zhì)量與剛度沿高度分布較均勻的異形柱結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法,。
07,、異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法
1、異形柱截面各肢肢高與肢厚之比不應(yīng)大于4,，且肢厚不應(yīng)小于200mm,，肢高不應(yīng)小于500mm。
2,、框架梁截面高度Hb可按（1/10~1/15）L b確定（Lb為計(jì)算跨度）,且不應(yīng)小于 400mm.梁的截面寬度Bb不宜小于1/4Hb及200mm,。
3、異形柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C25和不大于C50,，這是由于異形柱截面尺寸薄,，混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C25的話可能達(dá)不到其與鋼筋之間保證粘結(jié)的要求。強(qiáng)度等級(jí)為C50以上的異形柱構(gòu)件及結(jié)構(gòu)科學(xué)研究相對(duì)較少,，還不足以行成編制規(guī)程條文的基礎(chǔ),，所以這次規(guī)程未列入。
4,、異形柱截面上受力縱筋的位置如下圖所示,。試驗(yàn)和模擬計(jì)算表明這些位置上的縱筋均發(fā)揮大的作用，特別是當(dāng)軸壓較大時(shí)處于各肢內(nèi)折角處的縱筋的作用不容忽視,，一定要作為受力筋處理,。
5、異形柱結(jié)構(gòu)框架梁截面高度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于400mm
08,、異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
1,、異形框架的計(jì)算
由于其截面的特殊性，在柱截面對(duì)稱軸內(nèi)受水平力作用時(shí),，彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小,，此時(shí)如同承受水平力的偏壓構(gòu)件，仍可按平截面假定分析,，按砼設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算,，特別是在框——剪，框——筒結(jié)構(gòu)中,，對(duì)6度及其以下烈度區(qū)的Ⅰ,、Ⅱ類場(chǎng)地，框架柱只承擔(dān)水平風(fēng)載的一小部分,，如按一般偏壓柱計(jì)算,，誤差較小。此時(shí)異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進(jìn)行整體分析,。而在水平力較大,，且水平力作用在非主軸方向,，則翹曲應(yīng)力不容忽視，按平截面假定誤差較大,，則應(yīng)對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,，決定內(nèi)力和配筋位置及大小。在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算時(shí),，宜選用帶有異形柱計(jì)算功能的計(jì)算軟件?，F(xiàn)在有一些軟件沒(méi)有異形柱截面形式，如要用它進(jìn)行計(jì)算,，要先進(jìn)行等剛度等面積換算成矩形柱,，進(jìn)行整體分析，得到雙向內(nèi)力后再進(jìn)行異形柱的截面設(shè)計(jì),，其工作量相當(dāng)大,，且截面設(shè)計(jì)的可靠性不高。目前,，國(guó)內(nèi)可直接進(jìn)行異形柱截面內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)的軟件有建研院的TAT,、SATWE程序，廣東省建院的SS,、SSW程序以及天津大學(xué)的鋼筋砼異形柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC,。這些程序均用數(shù)值積分法進(jìn)行正截面配筋設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確性較高,，經(jīng)過(guò)大量工程校算,，能有效地滿足結(jié)構(gòu)安全性要求。
2,、軸壓比控制
對(duì)框架結(jié)構(gòu),，框-剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對(duì)于耗散地震能量,，防止框架的倒塌,，起著十分重 要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),。由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析［3］,，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降,。在高軸壓比情況下,，增加箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要,，特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合,，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞,，加上異形柱多屬短柱,，這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯,，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制,。
在廣東規(guī)程中,，其軸壓比按砼設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求減少0.05，但其適用高度較低,，一般為35 m,。當(dāng)高層建筑的高度進(jìn)一步加大時(shí)，其水平力的影響會(huì)愈來(lái)愈顯著,，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求也愈高,。由天津大學(xué)土木系對(duì)異形柱延性資料可知，影響異形柱延性的因素比普通柱要復(fù)雜,，且不同的柱截面形式,，如L型、T型,、十字型,，在相同水平側(cè)移下，其延性性能也有較大差異,，因而,，軸壓比控制應(yīng)參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過(guò)于繁鎖,，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中,，柱的縱筋與箍面的直徑還沒(méi)有設(shè)定，因而箍筋選自.投標(biāo)書(shū)代寫網(wǎng) yipai178.com 間距與縱筋直徑的比值還無(wú)法確定,。為在實(shí)際工作中便于使用,，可按不同的截面形式（L、T,、十字型）與不同的抗震等級(jí)兩項(xiàng)指標(biāo)從嚴(yán)控制,，對(duì)低烈度地區(qū)的這類結(jié)構(gòu)是能夠滿足其延性要求的。
3,、配筋構(gòu)造
在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后,，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點(diǎn),，柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力,，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠肢端應(yīng)力越大,，對(duì)柱肢形成偏心壓力,，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱,，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定,。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2Ф14的構(gòu)造縱筋，箍筋同柱,，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開(kāi)展,，提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪,，也可約束砼變形,，增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復(fù)合箍,，因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來(lái)實(shí)現(xiàn),。相同配箍率下，箍筋直徑大,，其延性指標(biāo)好,，因而箍筋且用Ф8、Ф10,，其間距可比普通柱箍筋間距小,。
